Knallen en kleuren: hoe vuurwerk werkt

22-12-2015 Uit Redactie

De elementen bij de kleuren

NIEUWJAAR – Op 31 december zal de hemel weer in alle mogelijke kleuren oplichten. Vele vuurpijlen en knallen luiden het nieuwe jaar in. Sommige mensen besteden honderden euro's aan deze knallen en kleuren. Maar wat kopen ze precies? De wetenschap achter vuurwerk is er een van kruit, metaal en chemische reacties.

Knallen
Een knal wordt veroorzaakt door buskruit. Dit wordt verpakt in een kartonnen kokertje. Het buskuitmengsel (Salpeter, houtskoolpoeder en zwavel in een ratio van 15:3:2) is al eeuwenoud. De samenstelling is door de eeuwen heen nauwelijks veranderd. Het was immers goedkoop, niet giftig, en niet schadelijk voor het milieu. Ook was de kans dat het spontaan zou exploderen nihil.
De stoffen ondergaan een chemische reactie zodra de lont het buskruitmengsel aansteekt. Doordat de vaste stoffen heel snel worden omgezet in een gas neemt de druk in het kokertje razendsnel toe, tot deze uit elkaar spat. Dat is de knal.

Siervuurwerk
Voor siervuurwerk gebruikt men “pyrotechnische mengsels”. Dit is een samenstelling van kruit, en metalen die, mits ze goed vermengd zijn en op het juiste tijdstip met de juiste temperatuur verbranden, leiden tot kleuren, knallen, vonken en fluitende geluiden.

Voor verschillende kleuren worden verschillende middelen gebruikt. Natrium zorgt voor geel, kalium voor rood of violet, strontium geeft een dieprode kleur, koper is groen/blauw en magnesium geeft helder wit licht.
Daarnaast kunnen door speciale chemische verbindingen van het element barium ook wit en geel worden geproduceerd, en met calcium rood en geel.



De exacte wetenschap hoe een metaal wordt omgezet in kleur is ingewikkeld. Simpel uitgelegd is dat het buskruit in bijvoorbeeld een vuurpijl, zoveel energie toevoegt aan de atomen (de kleinste deeltjes van het metaal) dat deze 'aangeslagen' worden.
Dat houdt in dat de elektron (een klein deeltje dat om een atoom heen draait) naar een verhoogd energieniveau wordt gebracht. Zodra deze terugzakt naar zijn eigen energieniveau, geven ze het licht af. Elk metaal heeft daarbij zijn eigen soort atomen en elektronen en daarmee zijn eigen kleur.

Ook de geluiden, zoals de fluittoon van een 'gillende keukenmeid' wordt veroorzaakt door een chemische stof (in dit geval: een mengsel van chloraat en benzoaten).

Productie
De stoffen die in vuurwerk worden gebruikt zijn speciaal uitgezocht op de eigenschap dat ze maar één kleur licht produceren. De kleuren zijn hierdoor zuiver en helder. Natrium, dat een oranje/gele kleur geeft, is heel dominant. Vuurwerkmakers moeten er goed op letten, dat het metaal niet onbedoeld in vuurwerk met een andere kleur terechtkomt. De kleinste verontreiniging kan de oorspronkelijk bedoelde kleur dan al in oranje/geel veranderen.

Er bestaat ook vuurwerk met meerdere compartimenten, elk met een ander effect (kleur, klap of fluit). Als één compartiment explodeert, steekt het een 'vertragingslont' aan die naar het volgende compartiment loopt. Zodra deze bereikt wordt, zal deze zijn effect prijsgeven.

Afval
Het meeste afval van vuurwerk bestaat uit papier, hout of kunststof. De lucht raakt verontreinigd met roet, zwaveldioxide, stikstofoxiden en stofdeeltjes. Dit is vooral voor astmapatiënten geen fijne ervaring.

De deeltjes in de vuurpijlen komen echter ook op de grond. Barium, strontium en koper zijn giftige metalen. Deze verontreinigen de bodem en het water. Daarom dat voor deze stoffen ook alternatieven zijn gevonden.
Barium en strontium uit vuurwerk overstijgen weliswaar niet de door de Nederlandse overheid gestelde normen, maar om milieuvervuiling tegen te gaan wordt ook dit aangepakt.

De kopernormen in water worden echter wel algemeen overschreden. Ruim twee ton koper uit vuurwerk bereikt het oppervlaktewater in Nederland. Dit zorgt voor drie procent van de totale koperbelasting. Wetenschappelijk onderzoek ziet echter niet dat in januari de concentratie koper in het water verhoogd is. De vervuiling blijft dus voornamelijk visueel.

Gerelateerd